配气机构摇臂轴零件的机械加工工艺规程.docx
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配气机构摇臂轴零件的机械加工工艺规程
配气机构摇臂轴”零件的机械加工工艺规程
机械制造工艺学
课程设计说明书
设计标题设计〝配气机构摇臂轴〞零件的机械加工
工艺规程及工艺装备
设计者刘梅芳
指点教员杨振祥
学号**********
中南大学
机车车辆教研室
2020年1月11日
内容：
1.零件图1张
2.毛坯图1张
3.课程设计义务书1份
4.机械加工工艺工程卡片1张
5.机械加工工序卡8张
6.夹具装配图1张
7.课程设计说明书1份
序文
机械制造工艺学课程设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大局部专业课之后停止的。
这是我们在停止毕业设计之前对所学各课程的一次深化的综合性的总温习，也是一次实际联络实践的训练，因此，它在我们四年的大先生活中占有重要的位置。
就团体而言，我希望能经过这次课程设计对自己未来将从事的任务停止一次顺应性的训练，希望在设计中能锻炼自己剖析效果、处置效果的才干，为自己今后参与祖国的〝四化〞树立打下一个良好的基础。
由于才干所限，设计尚有许多缺乏之处，希望各位教员给予指教。
一、零件的剖析
〔一〕零件的作用及技术要求
1、零件的作用
配气机构是进、排气管道的控制机构，它依照发起机的作功次第和每一缸的任务循环的要求，适时地开闭进、排气门、向气缸供应可燃混合气〔汽油机〕或新颖空气〔柴油机〕并及时排出废气。
普通由凸轮轴、气门推杆、挺柱、气门摇臂、摇臂控制轴、气门导管以及气门等部件构成。
摇臂轴是一空心圆轴，用数个支座装置在气缸盖上，摇臂套装在摇臂轴上，并能在轴上作圆弧摆动。
轴内孔与主油道相通，供应配气机构润滑油
2。
主要技术要求
零件图上主要的技术要求为：
1）摇臂轴调质硬度为HB255-302；B外表淬火硬度HRC55-60，硬化深度1-1.5mm；
2〕探伤反省。
〔二〕零件的工艺性剖析
配气机构摇臂轴这个零件从附图1上可以看出，它一共有以下7组加工外表，分述如下：
1、Φ50h8轴：
轴径
mm，外表粗糙度为Ra6.3μm，端倒角2mm×45°。
2、摇臂轴总长：
保证尺寸
mm，外表粗糙度为Ra0.8μm。
3、端正面外表粗糙度为Ra6.3μm。
4、Φ27圆槽：
槽径Φ27，到端正面保证尺寸17±0.1mm，铣刀加工，槽深至摇臂轴外径外表保证尺寸17mm，两个，槽间距保证尺寸216±0.1mm，外表粗糙度为Ra6.3μm，。
5、两个Φ5孔：
孔径Φ5，两端倒角1.5mm×45°，两孔距95±0.2mm，孔中心轴距离端正面保证尺寸77.5±0.2mm，外表粗糙度为Ra12.5μm。
6、Φ8.5孔：
孔径Φ8.5，两端倒角1mm×45°外表粗糙度为Ra12.5μm。
7、90°销钉孔：
孔深5mm，孔中心轴距离端正面保证尺寸47.5±0.1mm，外表粗糙度为Ra12.5μm。
二、工艺规程设计
〔一〕确定毛坯的制造方式
配气机构摇臂轴在整个设备中的作用十分重要，需求选用牢靠性高的资料。
42CrMo钢强度、淬透性高，韧性好，淬火时变形小，高温时有高的蠕变强度和耐久强度。
零件资料选用42CrMo钢。
零件资料为42CrMo，思索到摇臂轴在运用进程中经常接受交变和冲击性载荷，因此选用锻件，以便使金属纤维尽量不被切断，保证零件任务牢靠。
由于零件采用单件大批量消费，而且零件的轮廓尺寸不大，可以采用锻造件，可以采用热轧圆钢，可以直接从钢材市场上购得。
这从提高消费率，保证加工精度上思索也是应该的。
〔二〕基面的选择
基面选择是工艺规程设计中的重要任务之一，基面选择的正确与合理，可以是加工质量失掉保证，消费率得以提高。
否那么不但使加工工艺进程中的效果百出，更有甚者，还会形成零件的大批报废，使消费无法停止。
由于零件图所示的摇臂轴上少数尺寸及形位公差以Φ50h8外圆面及其端面为设计基准，因此必需首先将工件外圆面及其端面加工好，为后续工序预备基准。
依据粗、精基准选择的原那么，确定各加工外表的基准如下：
1）Φ8.5孔：
摇臂轴外圆面。
2）右端面：
摇臂轴左端面。
3）两个半圆槽：
摇臂轴左端面。
4）两个Φ5孔：
摇臂轴的左端面及左边孔的中心线。
5）销钉孔：
摇臂轴的左端面及外圆面。
〔三〕制定工艺路途
制定工艺路途的动身点，应当是使零件的几何外形、尺寸精度及位置精度等技术要求能失掉合理的保证。
在消费纲领已确定为成批消费的条件下，可以思索运用先进设备配以公用夹具，并尽量使工序集中来提高消费率。
除此之外，还应当思索经济效果，以便使消费本钱尽量降低。
1、工艺路途方案一：
工序号
工序内容
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
锻造
热处置：
正火处置
热处置：
调质HB255-302
粗车：
Φ50h8外圆
半精车：
Φ50h8外圆并倒角2x45°
精车：
Φ50h8圆柱面
粗车：
Φ50h8端面
半精车：
Φ50h8端面
钻孔：
Φ8.5mm，并倒角1x45°
钻孔：
Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔
热处置：
淬火
铣：
Φ27半圆槽
探伤反省
2.工艺路途方案二：
工序号
工序内容
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
锻造
热处置：
正火处置
热处置：
调质HB255-302
粗车：
Φ50h8端面
半精车：
Φ50h8端面
粗车：
Φ50h8外圆
半精车：
Φ50h8外圆并倒角2x45°
钻孔：
Φ8.5mm，并倒角1x45°
钻孔：
Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔
热处置：
淬火
磨削：
Φ50h8圆柱面
铣：
Φ27半圆槽
探伤反省
3、工艺方案比拟与剖析：
上述两个工艺方案的特点在于：
方案一是先加工Φ50h8的外圆，然后再以此为基础，加工Φ50h8端面，再经过钻孔、淬火等处置后，在以Φ50h8的外圆为垂直方向的定位基准铣Φ27半圆槽，这样不只无法保证Φ50h8外圆的高精度，同时也使Φ27半圆槽的位置精度不够。
方案二那么是先加工Φ50h8端面，然后以此为基面加工Φ50h8的外圆以及钻孔，而经过钻孔和淬火等处置后，再次磨削加工Φ50h8的外圆。
两相比拟，可以看出，先加工加工Φ50h8的外圆，再加工Φ50h8端面，不只能保证Φ50h8的外圆的精度，也能基本契合〝基准重合〞的原那么。
因此方案二比拟合理，但经过细心思索后还是有效果。
为了增加装夹次数，需求调整钻孔的顺序，而且热处置可以综分解一步，不重要的半精加工面应该在精加工之前。
依据先面后孔、先主要外表后主要外表和先粗加工后精加工的原那么，最后的加工路途确定如下：
序号
工序内容
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
锻造
热处置：
正火处置
粗车：
Φ50h8端面
半精车：
Φ50h8端面
粗车：
Φ50h8外圆
半精车：
Φ50h8外圆并倒角2x45°
铣：
Φ27半圆槽
钻孔：
Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔
钻孔：
Φ8.5mm，并倒角1x45°
磨削：
Φ50h8外圆
探伤反省
〔四〕机械加工余量、工序尺寸及毛坯确定
1、依据上述原始资料及加工工艺，区分确定各加工外表的加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸如下：
工序
工序内容
工序余量
工序尺寸及公差
外表粗糙度μm
0
锻造
4
12.5
5
热处置
10
粗车：
Φ50h8端面
1.0
12.5
15
半精车：
Φ50h8端面
0.7
6.3
20
粗车：
Φ50h8外圆
2.0
12.5
25
半精车：
Φ50h8外圆并倒角2x45°
1.0
6.3
30
铣：
Φ27半圆槽
6.3
35
1）钻孔:
Φ5mm，并倒角1.5x45°
12.5
2）钻销钉孔
12.5
40
钻孔：
Φ8.5mm并倒角1x45°
12.5
45
磨削：
Φ50h8外圆
0.4
0.8
50
探伤反省
2、毛坯选择
1〕毛坯外形、尺寸及公差
依据上述资料所得尺寸可得出毛坯尺寸，毛坯的外形及尺寸如附图2所示。
2〕确定毛坯技术要求
A、锻件无清楚锻造缺陷；
B、机加工前调质，消弭内应力。
3〕绘毛坯图
依据附图1所示的零件结构外形，在各加工外表加上加工余量，绘制毛坯图如附图2所示。
（五〕选择机床设备及工艺装备
依据普通工厂现有的消费条件，为了满足消费需求，先选用各工序所用的设备为：
工序Ⅰ粗车、半精车Φ50h8端面，选用CA6140车床，刀具选用硬质合金端面车刀，公用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；
工序Ⅱ粗车、半精车Φ50h8外圆并倒角2x45°，选用CA6140车床，刀具选用高速钢外圆车刀，公用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；
工序Ⅲ铣Φ27半圆槽，选用x62w卧式铣床，选用锥柄键槽铣刀，公用夹具，0~200/0.02mm游标卡尺；
工序Ⅳ钻孔Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔，选用ZK2103C数控深孔钻床、Φ5规范锥柄麻花钻公用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；
工序Ⅴ钻孔Φ8.5mm，并倒角1x45°选用ZK2103C数控深孔钻床、Φ8.5锥柄加长麻花钻公用夹具、0~200/0.02mm游标卡尺；
工序Ⅵ磨削Φ50h8外圆，选用M120W外圆磨床、公用夹具、WA砂轮、0~200/0.02mm游标卡尺；
〔六〕确定切削用量及基本工时
1、工序Ⅰ粗车、半精车端面
h8为过渡配合精铣，粗糙度Ra=6.3，42CrMo为合金调质钢
〔1〕粗车〔工序余量：
t=1mm〕
圆柱外表外圆车削机开工时计算公式为：
T0=
，
其中f——进给量（mm/r）,
N——工件每秒转速〔r/s〕
i——进给次数。
切削速度V=
，
其中D——工件外径。
进给量f=0.65mm/r吃刀量ap=3-5mm刀具耐用度95min
由«机械加工工艺手册»查询可选择粗车t=1.0mm，半精车t=0.7mm，那么其毛坯尺寸：
L=250+2×〔1+0.7〕=253.4mm
fz=0.08mm，v=24m/min，那么：
取
=102r/min,那么
V=
24.021m/min
40.8mm/min
机开工时为：
〔2〕半精车〔加工余量：
t=0.7mm〕
查«机械加工工艺手册»选择高速钢车刀，D=70mm，z=8。
V=
24.178m/min
mm/min
机开工时为
0.58min
2、工序Ⅱ粗车、半精车Φ50h8外圆并倒角2x45°
〔1〕粗车加工轴外圆t=2mm
由于余量为2mm，因此分一次切削，吃刀深度为
=2mm，查«机械加工工艺手册»，进给量f=0.4mm/r，切削加工中参数：
Cv=291;m=0.2;xv=0.15;yv=0.2
=
=145.16m/min（2.42m/s）
确定机床主轴转速：
〔898r/min）
按机床取
=900r/min=15r/s，实践切削速度为
V=
=145.54mm/min
车外圆时
=98s〔1.6min）
（2）半精车加工轴外圆t=1mm
由于加工余量为1mm，因此分二次切削，吃刀深度为
=0.5mm，查«机械加工工艺手册»，进给量f=0.3mm/r，切削加工中参数：
Cv=291;m=0.1;xv=0.18;yv=0.4
=
=173.39m/min（2.89m/s）
确定机床主轴转速：
〔1097r/min）
按机床取
=1200r/min=20r/s，实践切削速度为
V=
=190.28mm/min
车外圆时
=60s=1.0min
〔3〕倒角2x45°
为延长辅佐时间，取倒角的主轴转速与车床钻孔相反，
，手动进给。
3、工序Ⅲ铣Φ27半圆槽,加工余量t=17mm
查«机械加工工艺手册»选择锥柄键槽铣刀铣半圆槽，D=125mm,z=10,fz=0.09mm/齿，那么：
1〕每转进给量f为：
f=fz×z=0.09×10=0.9mm/r
2〕每分钟进给量Vf为：
Vf=fz×z×n=0.9×300=270
3〕每齿进给量fz为：
=0.09mm/齿
4〕取转速nw=300r/min，那么切削速度Vc为：
=117.81mm/min
Vf——铣刀每分钟进给量
Z——铣刀齿数
N——铣刀转速
5〕机动加工时间：
单位时间切削量：
=4.05mm/s
铣削一个U型槽的时间是：
=4.2s
机动加工时间为：
T=
+0.5=1.64min
4、工序Ⅳ钻孔Φ5mm，并倒角1.5x45°,钻销钉孔
〔1〕钻φ5mm孔
确定进给量：
选取f=0.10mm/r；修正系数0.7故f=0.075mm/r
切削速度：
v=0.25m/s
按机床选取
所以实践切削速度
即v=0.25mm/s=15mm/min
切削工时：
=6mm，
=4mm，
=3mm
〔2〕倒角1.5x45°
为延长辅佐时间，取倒角的主轴转速与车床钻孔相反，
，手动进给。
5、工序Ⅴ钻Φ8.5mm的中心孔,并倒角1x45°
查«机械加工工艺手册»，选择Φ8.5Ⅱ型锥柄超长麻花钻，
=8.5mm,转速选择n=375r/min
1〕切削速度Vc=
=10.01mm/min
2〕进给量:
经查表选择f=0.66mm/r，那么单位时间进给速度
=nf=375mm/min
3〕钻孔深度
=250mm
4〕资料切除率
=0.25
/
5〕钻孔时间：
=（250+2.55）/247.5=1.02min
6〕倒角1x45°
为延长辅佐时间，取倒角的主轴转速与车床钻孔相反，n=375r/min，手动进给。
6、工序Ⅵ磨削：
Φ50h8外圆
〔1〕选择砂轮
P300×40×127WA60QV6
〔2〕切削用量的选择
查表可得：
砂轮进给量：
f=0.005mm/r.
磨削速度：
v=30m/s
砂轮主轴转速：
n=2200r/min.
工件回转速度：
v=0.3m/s。
工件的转数：
n=1.29r/s=77.4r/min。
轴向进给量：
=0.5B=20mm。
径向进给量：
=0.0157mm/行程
磨轮横进给按任务台一次往复行程进给时，机动时间公式为：
L——加工面长度，250mm；
——加工余量，0.4mm；
K——系数，1.1；
n——工件每分钟转速r/min；
——双行程磨削深度进给量mm/双行程，0.0314mm/双行程；
=
=4.53min（271s）
三、夹具设计
为了提高休息消费率，保证加工质量，降低休息强度，需求设计公用夹具。
经过查找一番资料后，我决议设计拨叉831008中的一道工序——钻扩两孔φ30的钻床夹具。
本夹具将用于Z3025摇臂钻床。
（一）效果的提出
在给定的零件中，对本步加工的定位并未提出详细的要求，是自在公差，定位要求较低。
因此，本步的重点应在卡紧的方便与快速性上。
（二）夹具设计
为了加工出契合规则技术要求的外表，必需在加工前将工件装夹在机床上或夹具中。
工件的装夹包括定位和夹紧两个进程。
工件在夹具中定位的义务是：
使同一工序中的一切工件都能在夹具中占据正确的位置。
一批工件在夹具上定位时，各个工件在夹具中占据的位置不能够完全分歧，但各个工件的位置变化量必需控制在加工要求所允许的范围之内。
将工件定位后的位置固定上去，称为夹紧。
工件夹紧的义务是：
使工件在切削力、向心力、惯性力和重力的作用下不分开曾经占据的正确位置，以保证机械加工的正常停止。
1、定位基准的选择
出于定位复杂和快速的思索，选择φ20孔为基准，即以一面上一长销〔自在度限制数：
5〕配合以一挡销〔自在度限制数：
1〕使工件完全定位。
再运用快速螺旋卡紧机构停止卡紧。
2、夹紧力大小计算
在本工序中，钻削力与夹紧力方向垂直，在钻削力的作用下，有能够发生工件平移和转动两种能够。
为此，应按这两种状况区分计算所需的夹紧力，然后将计算结果与实践夹紧力相比拟，从而确定夹具的可行性。
1〕计算钻削力和钻削扭矩
本步加工可按钻削预算卡紧力。
实践效果可以保证牢靠的卡紧。
轴向力:
扭矩：
由于扭矩很小，计算时可疏忽。
卡紧力为
那么：
F=5.04N
且实践卡紧力F’=S1*S2*S3*S4*F，查找相关手册可取系数
S1=1.5S2=S3=S4=1.1
那么实践卡紧力为
F’=S1*S2*S3*S4*F
=10.06N
运用快速螺旋定位机构快速人工卡紧，调理卡紧力调理装置，即可指定牢靠的卡紧力。
3、定位误差剖析
本工序采用一定位销，一挡销定位，工件一直接近定位销的一面，而挡销的偏角会使工件自重带来一定的平行于卡详细底版的水平力，因此，工件不在定位销正上方，进而使加工位置有一定转角误差。
但是，由于加工是自在公差，故应当能满足定位要求。
4、夹具设计及操作的简明说明
依据加工工序的尺寸，外形和位置精度要求，工件定位时需限制四个方向的自在度：
沿X，Y方向的水平运动以及轴向转动。
采用固定V形块限制X方向的移动，Y方向的移动和转动。
同时用定位销拔出φ50mm的孔，用来限制X，Y方向的移动和装懂，共有四个自在度。
由于固定式钻模板虽然有事装卸工件方便，但它结构复杂、制造方便、定位精度高，所以依据工件和夹详细的结构，选用固定式钻模板。
同时为了确定钻头的位置，钻模上设置有钻套和衬套，并且依据实践状况选用无肩固定式钻套。
依据零件的定位方案，采用锁紧螺母和启齿垫片来完成快速锁紧夹紧机构，它与一个加工面位置接近，添加了刚性零件夹紧变形也小，但关于另一个加工面较远，为提高刚性，故采用辅佐定位元件来固定，该设计采用了螺旋辅佐支承。
最后依据零件的定位方案，采用移动压板式螺旋夹紧机构。
从而节省了休息力，提高了消费效率。
结论
关于配气机构摇臂轴的工艺规程设计及拨叉钻床公用夹具设计，经过1个星期的努力，曾经基本完成，现总结如下：
1.本次课程设计是对所学知识的一次综合运用，充沛的运用了以前所学知识去剖析和处置实践效果，进一步稳固和深化了基础知识，同时也是对«制造与修缮工艺»学习的一个升华进程。
2.掌握了普通的设计思绪和设计的切入点，对机械加工工艺规程和机床夹具设计有了一个片面的看法，培育了正确的设计思绪和剖析处置效果的才干，同时提升了运用知识和实践入手的才干。
3.进一步规范了制图要求，学会运用规范、规范、手册和查阅相关资料的身手。
4.我国机械行业还有很大的开展空间，需求我们不时努力。
由于自己水平有限，加之时间短，阅历少。
文中定有许多不妥甚至错误之处，请各位教员给予指正和教诲，自己表示深深的谢意。
参考文献
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机械工业出版社,1994
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机械工业出版社1994
[3]李益民主编.机械制造工艺设计简明手册[M].北京：
机械工业出版社,1994
[4]陈宏主编.金属切削速查速算手册[M].机械工业出版社,2003年
[5]王秀伦,边文义,张运祥主编.机床夹具设计[M].北京：
中国铁道出版社,1984年
[6]上海柴油机厂工艺设备研讨所主编.金属切削机床夹具设计手册[M].机械工业出版社,1982年
[7]秦宝荣主编.机床夹具设计[M].中国建材工业出版社,1997年2月
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